核电站强约束混凝土结构抗裂构造措施研究*

杨 帆，李 燕，李 强

(中国建筑第二工程局有限公司，北京 100160)

0 引言

混凝土作为目前用量最大、使用最广的人造建筑材料，具有原材料充足、制造工艺成熟、制造成本较低、耐久性良好、抗压强度高、强度等级可变等优点，在建筑工程中的用量和需求量越来越大。但存在抗拉强度低、难以独立承受拉应力等缺点，导致混凝土结构易产生裂缝。

混凝土是一种由粗骨料、细骨料、水泥、水及外加剂等混合而成的一种非均质脆性材料。由于混凝土本身变形、约束和施工等问题，硬化成型的混凝土中有较多微小孔隙和微小裂缝。裂缝的存在和发展会使混凝土内部钢筋等材料被腐蚀，降低钢筋混凝土材料的承载力、耐久性及抗渗能力，从而影响建筑物外观、使用寿命，甚至威胁到人身安全。

核电厂由于核燃料物质的特殊性，为保证后期运营阶段安全，结构施工中混凝土裂缝控制显得更加重要。

1 工程概况

广东太平岭核电站核岛厂房主要包括反应堆厂房、燃料厂房、安全厂房、反应堆龙门架厂房、核辅助厂房、放射性废物处理厂房、进出厂房、额外冷却水与核岛消防水厂房、柴油发电机厂房等(见图1)。根据设计文件要求，除反应堆龙门架厂房外，其余各厂房主体结构均为钢筋混凝土结构，其中，筏基混凝土强度等级一般为C40，上部结构混凝土强度等级一般为C50，内壳筒壁及穹顶混凝土强度等级为C60。各结构混凝土强度等级较高，易产生收缩裂缝。且各厂房楼板及墙体厚度较大，部分楼板及墙体属于大体积混凝土，养护要求极高，易产生温度裂缝。

图1 主厂房分布

2 混凝土裂缝分类

混凝土裂缝主要分为2种：由于混凝土的收缩、干缩、膨胀、不均匀沉降或温度变形等引起的非荷载裂缝；在荷载的直接作用下，混凝土构件由于承载力不足或抗裂能力不足而产生的裂缝。本文主要介绍针对非荷载裂缝进行控制。

由于目前国内规范中缺少对于工业建筑在非荷载作用下产生的裂缝处理宽度标准，故参考GB 50292—2015《民用建筑可靠性鉴定标准》中混凝土构件正常使用性评级的裂缝宽度规定及CECS 293∶2011《房屋裂缝检测与处理技术规程》规定的混凝土构件裂缝修补处理宽度限值。核岛厂房混凝土构件在荷载和非荷载作用下的裂缝处理宽度限值为：室内构件为0.3mm，室外构件为0.2mm，防水、防气、防射线功能构件为0.05mm。超过宽度限值的裂缝为有害裂缝，未超过的则为无害裂缝。

3 混凝土抗裂构造措施

根据GB/T 50476—2019《混凝土结构耐久性设计标准》，控制非荷载因素引起的裂缝，应通过对混凝土原材料的选择、配合比设计、施工养护和构造措施来实现。

由于核电站大都修建在沿海地区，常年受海风、海水侵蚀，气温变化大，对混凝土养护更加不利，因此，在混凝土成型前增加抗裂措施更加重要。

3.1 墙体

钢筋与混凝土共同工作的基础是两者之间的黏结力。在一般常温和允许应力状态下，钢筋性能比较稳定，与混凝土热膨胀系数相差不大。因此，温度变化时，钢筋与混凝土之间的内应力很小，而钢筋弹性模量比混凝土弹性模量大7～15倍，当混凝土强度达到极限强度、变形达到极限拉伸值时，应力开始转移至钢筋从而可避免裂缝开展。

当墙体纵向钢筋保护层厚度>50mm时，在保护层内配置抗裂钢筋网片，构造钢筋应尽可能采用小直径、小间距。按全截面对称配筋，可提高混凝土抵抗贯穿性开裂能力，配筋率应控制在0.3%～0.5%。对于外墙或混凝土保护层较厚的墙体，可适当增加抗裂钢筋网片直径，提高网片抗裂效果。

墙体水平筋应布置在竖向筋外侧。若设计文件中水平筋布置在内侧，应与设计单位协商变更修改。

3.2 楼板

3.2.1洞口周边增加抗裂钢筋

3.2.1.1方形洞口

1)核岛厂房楼板厚度<800mm且方形洞口单边长度≤800mm时，需在方形洞口顶部与底部斜向布置直径≥12mm抗裂钢筋。

2)楼板厚度<800mm，但方形洞口单边长度>800mm时，需在方形洞口顶部、中间与底部斜向布置直径≥12mm抗裂钢筋。

3)楼板厚度≥800mm时，需在方形洞口顶部、中间与底部斜向布置直径≥12mm抗裂钢筋。

方形洞口周边增加抗裂钢筋，如图2所示。

图2 方形洞口周边增加抗裂钢筋示意

3.2.1.2圆形洞口

1)核岛厂房楼板厚度<800mm时，需在套管、混凝土圆形洞口顶部与底部环向布置直径≥12mm抗裂钢筋。

2)楼板厚度<800mm，但套管、混凝土圆形洞口直径>800mm时，需在套管、混凝土圆形洞口顶部、中间与底部斜向布置直径≥12mm抗裂钢筋。

3)楼板厚度≥800mm时，需在套管、混凝土圆形洞口顶部、中间与底部斜向布置直径≥12mm抗裂钢筋。

圆形洞口周边增加抗裂钢筋，如图3所示。

图3 圆形洞口周边增加抗裂钢筋示意

3.2.1.3组合布置洞口

1)核岛厂房楼板单排或多排布置的圆形和方形洞口周边增加抗裂钢筋，如图4所示；若连续或组合洞口净距>500mm，抗裂钢筋应分开设置。

图4 组合布置洞口周边增加抗裂钢筋示意

2)核岛厂房楼板方形或圆形洞口距离墙体较近无法安装时，洞口边算起锚入长度≥200mm(圆形洞口为U形筋)。钢筋设置如图5所示。

图5 靠墙洞口增加抗裂钢筋示意

由于核岛厂房现场实际情况较复杂，在遇到相邻洞口抗裂钢筋碰撞或由于其他预埋构件无法安装时，可根据实际情况进行适当弯折或调整避让。针对洞口位置，可将重叠部位钢筋网片切除，优先保证洞口抗裂钢筋保护层，使洞口抗裂钢筋发挥作用。

3.2.2板底、板面及板中增加抗裂钢筋

1)楼板主筋保护层厚度>50mm时，在保护层内配置φ8@200mm×200mm钢筋网片。当主筋直径≥28mm 时，在保护层内配置φ10@200mm×200mm钢筋网片。特殊部位抗裂钢筋直径可相应调整。

2)当楼板为厚度≥800mm、单侧双向2层或4层钢筋且中间未布置钢筋的素混凝土时，增加抗裂钢筋规定如表1所示。

表1 楼板抗裂钢筋增加原则

3)楼板板底遇洞口(圆形或方形)已增加抗裂钢筋时，钢筋网片错开洞口角部抗裂钢筋，错位安装，避免冲突。

4)抗裂钢筋等级均为HRB400E，若原设计图纸中已有中间层横纵向钢筋，可不再布置。

5)板底抗裂钢筋网片设置以房间为单元，长宽比>2.0的房间，网片最外侧钢筋沿房间长边方向布置。

3.2.3楼板底角部增加抗裂钢筋

在楼板底角部原正交钢筋网片上方与板底钢筋之间增设10根间距200mm的φ10抗裂钢筋，布置范围为楼板底角部周边约3 000mm，钢筋长度为3 000mm。 楼板底角部增加抗裂钢筋，如图6所示。

图6 楼板底角部增加抗裂钢筋示意

当抗裂钢筋相互冲突时，可截断抗裂钢筋。若对拉钩钢筋有影响时，可适当调整抗裂钢筋以避开拉钩，拉钩尺寸不变。

3.3 筏基

1)核岛厂房筏基大都为厚大筏板基础，部分厂房筏板厚度达4m，筏板完成混凝土浇筑后，在降温阶段的温度收缩力较大。若筏板变形受底部垫层接触面的限制，可能会引发危害性裂缝产生。为减小核岛厂房岩石地基及垫层对筏基混凝土底板的约束作用，在筏板和垫层接触面设置滑动层，为筏板混凝土变形提供自由空间，有效削减温度应力，最终达到控制危害性裂缝产生的目的。滑动层可与防水卷材结合，采用预铺反粘高分子防水卷材将垫层与筏板隔离开。

2)筏基因平面尺寸、厚度大，在筏基上表面、变截面、地坑、预埋件位置易产生应力集中，应采取措施抵抗温度应力，减小裂缝产生的风险。

3)在筏基上表面设置直径≥8mm HPB300抗裂钢筋网片，参考楼板板中设置钢筋网片的原则，在筏基中部设置抗裂钢筋网片。由于筏基厚度大，一次性浇筑混凝土量大，混凝土绝热温升大大超过楼板混凝土。因此，筏板中部钢筋网片应适当增大直径，但同时也应严格控制抗裂钢筋网片保护层，避免混凝土保护层过小导致露筋或开裂。

4 实施效果

通过在核电站墙体、楼板、筏基上应力集中部位增加抗裂措施，混凝土裂缝明显较少，结构质量得到大幅度提升。实施效果如图7所示。

图7 抗裂措施实施效果

5 结语

工程实践证明，在墙体、楼板、筏基应力集中部位设置抗裂钢筋网片和构造筋对核电站混凝土结构裂缝的产生起到了显著的抑制作用，取得良好效果。